楊 胤

吉林電視臺，吉林長春 130000

虛擬演播室及其實際應(yīng)用

楊 胤

吉林電視臺，吉林長春 130000

虛擬演播室的研究發(fā)展不斷向前推進，在視頻領(lǐng)域的應(yīng)用不斷走向成熟，這對于電視臺、節(jié)目的制作提供了極大地比便利。文章首先對虛擬演播室的基本原理進行了詳細的闡述，著重討論了虛擬演播室攝像機跟蹤技術(shù)，最后對虛擬演播室的實際應(yīng)用模式進行了探索性的介紹。

虛擬演播室；攝像機跟蹤技術(shù)；虛擬場景色；鍵混合器

色鍵摳像同電腦虛擬技術(shù)的完美結(jié)合孕育出虛擬演播室，其實現(xiàn)了攝像機所拍攝的圖像同電腦虛擬場景的巧妙結(jié)合，這將是電視節(jié)目的一大福音，節(jié)目的制作將不再會受制于傳統(tǒng)的時間空間以及道具，大大提高了電視節(jié)目制作的質(zhì)量。

1 虛擬演播室原理綜述

隨著各種先進電視節(jié)目制作技術(shù)的發(fā)展，虛擬演播室得到了越來越多的應(yīng)用，它主要包括了攝像機系統(tǒng)、虛擬場景生成系統(tǒng)以及視頻合成系統(tǒng)。所謂的前景指的就是在虛擬情況下得到的各種風(fēng)景以及人物的視頻，與其相對應(yīng)的是虛擬場景。虛擬場景并不是真實的，是借助虛擬生成系統(tǒng)生成的。攝像機的拍攝工作中不可避免的會進行角度的調(diào)整，姿勢的俯視仰視、變焦動作，攝像跟蹤系統(tǒng)的職責(zé)就在于對攝像機進行跟蹤監(jiān)視，并且將采集到的各種運動信息傳送到虛擬生成系統(tǒng)中，從而使得到的各種虛擬場景對前景透明。有的情況下我們會發(fā)現(xiàn)得到的虛擬場景和前景之間會存在一定的延時現(xiàn)象，因此需要增加相應(yīng)的延時器，確保制作的視頻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬背景和實際背景之間的有效合并，為人們呈現(xiàn)一個虛實相結(jié)合的場景，達到前景同虛擬場景進行交融貫通，合為一體。

2 攝像跟蹤技術(shù)

攝像機跟蹤系統(tǒng)在在虛擬演播室中扮演著重要角色，確保攝像機、演員以及虛擬場景之間保持一個同步關(guān)系，同時保持對攝像機進行精密的監(jiān)視并將其中的運動參數(shù)提取出來，其中最為重要參數(shù)主要為鏡頭運動參數(shù)、機頭運動參數(shù)、空間坐標參數(shù)等，然后通過串行接口RS232或RS422實施傳輸，虛擬場景生成系統(tǒng)接收后生成同前景相融合的虛擬場景。常見的攝像機跟蹤技術(shù)主要包含下列幾種方式：網(wǎng)格圖案識別、紅外傳感、超聲波定位、機械傳感。

1）機械傳感方式優(yōu)缺點。

此種方式的優(yōu)點在于性能穩(wěn)定可靠，對于攝像機的跟蹤參數(shù)的獲取精度較高，數(shù)據(jù)處理效率較高；背景顏色采用單一藍色；同時對于攝像機的拍攝位置的選擇比較寬松，沒有苛刻的要求，所以在使用過程中不用考慮攝像機的擺放位置和拍攝角度；演員還可以在背景范圍內(nèi)進行自由活動。缺點：跟蹤系統(tǒng)每次重新啟動都需對攝像機重新進行校正定位；攝像機的種類和數(shù)量受到了極大的限制；如果必須多臺攝像機，那么任何一臺攝像機必須相應(yīng)的配備一套跟蹤系統(tǒng)，這對于系統(tǒng)成本來說無疑是一個極為不利的因素。

2）超聲波定位方式優(yōu)缺點。

該方式能夠有效提高攝像機在視頻錄制過程中的定位精度；安裝方式也進行了大幅的簡化，初始化設(shè)置的簡便快捷化，另外當(dāng)攝像機重新啟動后將自動進行定位校正；攝像機的參數(shù)采集精度得到了較大的提升，對于數(shù)據(jù)處理效率較高，運算量較小、延時短；拍攝方式簡單、多樣化，包括肩扛、手提、液壓云臺、搖臂、吊臂、滾輪三角架等。缺點：當(dāng)前采用的超聲波定位技術(shù)的實際產(chǎn)品比較少，應(yīng)用并未成熟。

3）網(wǎng)格圖案識別方式的特點。

優(yōu)點：無需對攝像機安裝附加方式；拍攝過程中能夠?qū)z像機實施自由轉(zhuǎn)動，這對于攝像師的創(chuàng)作是極為方便的；能夠原封不動的對演播室攝像機進行使用；對于一個跟蹤器能夠運用于多臺攝像機。缺點：對于色鍵混合器的細節(jié)表現(xiàn)能力有所犧牲，同時燈光布置要求比較苛刻；由于受到網(wǎng)格角度的此限制，攝像機的俯仰角范圍較小，不得搖擺出網(wǎng)格，否則定位精度將會大打折扣；相比起機械傳感方式，該識別方式采集到的數(shù)據(jù)精度較小；所以為了保證視頻拍攝過程中的跟蹤精度，使用過程中應(yīng)保證攝像機的焦點不得移出網(wǎng)格，這無疑將會大大限制了攝像機的景深以及演員的活動范圍，這給特寫拍攝帶來較大難度，演員不得走出網(wǎng)格范圍之外，同時演員的藍色背景也有限制，不能對網(wǎng)格進行遮掩，否則的話，跟蹤信號將會受到影響，甚至消失；攝像機移動過程中要保持緩慢的速度，從而避免攝像機在移動過程中出現(xiàn)跟蹤混淆現(xiàn)象，導(dǎo)致錄制的圖像出現(xiàn)一定程度的跳幀現(xiàn)象；需要額外時間對網(wǎng)格圖案進行辨識，這無疑增加了節(jié)目錄制所需要的時間，導(dǎo)致視頻播放需要的時長較多。

4）輔助攝像機技術(shù)。

上一個圖像識別方式為輔助攝像機的設(shè)計和應(yīng)用提供了必備條件，實現(xiàn)了攝像機向著小型化的方向發(fā)展，體積的小型化給安裝工作提供了極大的便利，一般可安裝到演播室攝像機頂部，但是也可安裝到其他部位，不管是側(cè)墻或者天花板。輔助攝像機的作用在于配合演播室攝像機的演員拍攝工作，并且對拍攝工作內(nèi)容進行實施分析，確保攝像機采集到的各個參數(shù)正確無誤。這種攝像技術(shù)具有較大的便利性，能夠?qū)崿F(xiàn)各種高難度的視頻拍攝。

5）紅外傳感方式的特點。

優(yōu)點：對于攝像機角度坐標參數(shù)的測定非常簡單快捷，只要處于其所控制的范圍內(nèi)；拍攝方式簡單快捷，無論是肩扛還是手提式拍攝。缺點：安裝程序復(fù)雜，初始化比較麻煩；容易遭受外界環(huán)境干擾；一般情況下如果紅外線相互交織就會出現(xiàn)炫光現(xiàn)象，對演播室中的人員眼睛造成一定的損害；另外該方式在使用過程中的運算量較大，視頻錄制和播放過程中存在較嚴重的而言是現(xiàn)象。

3 虛擬演播室的實際應(yīng)用模式

3.1 二維虛擬演播室

通常情況下，對于圖像處理硬件有很大的依賴，通過其完成處理，實現(xiàn)對攝像機運行過程中參數(shù)的監(jiān)視，營造一個良好的二維虛擬場景。

3.2 三維虛擬演播室

此種系統(tǒng)相對來說比較復(fù)雜，其中包含有高速實時渲染技術(shù)，還有虛擬陰影反射技術(shù)、像素級深度鍵技術(shù)等，通過上述技術(shù)相配合，方可做好演播室中三維場景的生成。從而為演播室中演員提供真實的背景信息，演員在其中能夠進行連續(xù)性的動作、位置變化，一些虛擬的場景配合真實人物以及場景能夠相互融合，最終形成具有縱深感覺的視覺效果。

3.3 虛擬演播室

HD 虛擬演播室的橫空出世對于高清電視技術(shù)來說是一項福利，這一新穎技術(shù)的出現(xiàn)為高清晰度電視的虛擬演播室的發(fā)展提供了強有力的支撐。

3.4 虛擬重放系統(tǒng)

此種系統(tǒng)比較適合一些球類體育賽事的錄制和播放，一方面能夠模擬體育場中的模型信息，并且將要播出的圖像信息進行凍結(jié)，然后將其轉(zhuǎn)化為三維視頻，虛擬攝像機可以進行多維角度的拍攝，觀眾能夠在各個角度的比賽瞬間進行觀賞。

3.5 虛擬廣告系統(tǒng)

該系統(tǒng)常用來播放各種類型的體育比賽或者綜藝節(jié)目，在播出過程中能夠方便的進行各種廣告標識的插入，也可采用虛擬廣告牌替代現(xiàn)場廣告牌，這樣對于廣告牌尺寸以及位置均不再有任何要求，也可制作成動畫形式。

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1674-6708（2015）143-0082-02